[發明專利]一種鎳硅化物的優化方法

有效

• 申請號: 201510367108.9
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN104952799B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 鮑宇
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L21/28
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,陳慧弘

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造技術領域，更具體地，涉及一種通過離子注入的方法優化鎳硅化物工藝的方法。

背景技術

隨著半導體器件集成度的持續增加以及與這些器件相關的臨界尺寸的持續減小，如何以低電阻材料制造半導體器件從而保持或者降低信號延遲成為人們關注的焦點，而CMOS器件的柵極導體和S/D的表面電阻和接觸電阻的減小與后道互連同樣的重要。

在半導體制造技術中，金屬硅化物由于具有較低的電阻率且與其他材料具有很好的粘合性而被廣泛應用于源/漏接觸和柵極接觸來降低接觸電阻。高熔點的金屬例如Ti、Co、Ni等通過一步或多步退火工藝，與硅發生反應即可生成低電阻率的金屬硅化物。隨著半導體工藝水平的不斷提高，特別是在45nm及其以下技術節點，為了獲得更低的接觸電阻，鎳及鎳的合金(例如NiPt)已成為形成NiSi金屬硅化物的主要材料。

在使用鎳形成鎳硅化物時，現有的工藝通常包括以下步驟：

首先沉積NiPt，然后沉積保護層TiN；

接著，通過進行兩次退火，來形成所需的鎳硅化物；其中，第一次退火的目的是形成Ni₂Si、第二次退火的目的是形成最終需要的NiSi。

在上述現有的鎳硅化物形成工藝中，是通過在Ni中增加Pt來增強NiSi的穩定性。其中Pt被直接加到Ni的靶材中，以NiPt這種合金的形式沉積成膜。Pt均勻地分布在Ni中，但由于距離下層的Si較近，會迅速阻止Ni/Si界面上Ni的供應，造成一種富硅(Si-rich)環境，因而更容易形成高電阻的NiSi₂，會對器件性能造成不利影響。這是因為如果將Pt直接加到Ni中，就會造成Pt離基底硅很近的現象，從而減緩Ni向Ni/Si界面的擴散，不利于形成富鎳(Ni-rich)的環境。

有研究表明，在第一次退火時，如能使Pt遠離基底硅，則更有利于低電阻金屬硅化物NiSi的穩定。因此，設計一種新的優化工藝，使得在退火時Pt能夠遠離基底硅，成為業界一項重要課題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種新的鎳硅化物的優化方法，對金屬硅化物的形成進行改進，通過三次退火，并在第一、二次退火過程之間進行離子注入Pt，從而改變Pt在NiPt中的分布，形成穩定的鎳硅化物。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種鎳硅化物的優化方法，包括以下步驟：

步驟S01：提供一形成有NMOS和PMOS的半導體襯底，沉積一SiN層作為金屬硅化物阻擋層，并選擇性地去除需要形成金屬硅化物區域的SiN；

步驟S02：依次沉積一第一NiPt層和第一TiN層；

步驟S03：進行第一次退火，消耗掉部分厚度的第一NiPt層，在需要形成金屬硅化物的區域形成第一鎳硅化物；

步驟S04：向第一TiN層和第一NiPt層進行Pt的離子注入，形成第二TiN層和第二NiPt層；

步驟S05：進行第二次退火，在需要形成金屬硅化物的區域繼續形成第一鎳硅化物；

步驟S06：去除第二TiN層、沒有反應的第二NiPt層以及SiN層，然后，進行第三次退火，在需要形成金屬硅化物的區域形成第二鎳硅化物。

優選地，所述第一鎳硅化物為Ni₂Si，所述第二鎳硅化物為NiSi。

優選地，所述第一NiPt層中Pt的含量為0～15％。

優選地，通過第一次退火，消耗掉不小于30％的第一NiPt層厚度。

優選地，所述第一NiPt層的厚度為30～300埃。

優選地，步驟S04中，對半導體襯底上的NMOS和PMOS整體區域進行Pt的離子注入。

優選地，步驟S04中，對半導體襯底上需要形成金屬硅化物的區域進行Pt的離子注入。

優選地，所述第一、二次退火溫度分別為200～350℃。

優選地，所述第一、二次退火溫度相同。

優選地，所述第三次退火溫度為350～550℃。

從上述技術方案可以看出，本發明將形成鎳硅化物時的傳統兩次退火優化為三次退火工藝，通過在第一次退火時消耗掉部分厚度的NiPt層，并在第一、二次退火之間進行離子注入Pt，從而改變了Pt在NiPt中的分布及含量，使得NiPt中的Pt遠離基底硅，可在第一、二次退火時都形成Ni₂Si，避免了因傳統的富硅環境而形成高電阻的NiSi₂，增強了最終形成的NiSi的穩定性。